Le routage entre réseaux IP

Routeurs et objectif du routage ?

• Tous les systèmes d’exploitation, pour des raisons de fonctionnement interne qui ne seront pas développées ici, définissent une interface dite de bouclage (loopback) dont l’adresse est 127.0.0.1.

• Dans les faits, pour des raisons de performances, dire qu’un routeur possède plusieurs interfaces réseaux est équivalent à dire que le routeur possèdent plusieurs cartes réseaux.

• Dans les tables de routage, il n’est jamais fait allusion aux cartes réseaux mais aux interfaces réseaux.

Tables de routage

À l’aide du logiciel Filius, on se connecte à une machine d’adresse IP 172.12.0.2 et on clique sur « Afficher le bureau ».

On utilise la commande route dans le terminal et on obtient le résultat suivant :

1. Décrire le plus précisément possible cet affichage.

2. Quelle est l’adresse du routeur avec lequel cet ordinateur peut directement dialoguer ?

On simule le réseau suivant ( Fichier simulation à télécharger ) :

Remarque

Tous les routeurs utilisent un routage automatique. Leur action n’est pas étudiée dans l’exercice qui suit.

3. À l’aide du logiciel Filius, se connecter à la machine d’adresse IP 192.168.0.10 et cliquer sur « Afficher le bureau ».

4. Cette machine est-elle capable d’envoyer un paquet vers la machine d’adresse 192.168.3.11 ? Justifier la réponse à partir de l’étude de la table de routage.

5. Même question pour l’envoi d’un paquet vers la machine d’adresse 192.168.1.10.
   Est-il nécessaire de formuler une hypothèse ?

6. Se connecter l’ordinateur d’adresse IP 192.168.0.11. Est-il capable d’envoyer un paquet vers la machine d’adresse IP 192.168.3.11 ? Justifier la réponse à partir de l’étude de la table de routage.

7. Corriger la configuration réseau de l’ordinateur d’adresse IP 192.168.0.11 de façon à ce qu’il puisse envoyer un paquet à l’ordinateur d’adresse 192.168.3.11.

8. L’ordinateur d’adresse 192.168.3.11 peut-il répondre à l’ordinateur d’adresse 192.168.0.10 ? Justifier la réponse à partir de l’étude de la table de routage.

9. Utiliser la commande ping pour confirmer l’étude menée jusqu’à présent.

10. Quelle entrée devrait posséder la table de routage de la machine d’adresse 192.168.0.10 pour pouvoir communiquer avec la machine d’adresse 192.168.1.10 ?

Comment une décision de routage est-elle prise par un routeur ?

11. Quelle couche du modèle OSI est concernée par l’émission ou la réception de signaux physiques ?

12. À quelle couche appartiennent les protocoles qui définissent la structure d’une trame et qui se basent sur les adresses MAC ?

13. Au niveau de quelle couche parle-t-on de paquets et d’adresses IP ?

14. Combien de sauts retourne la commande traceroute 192.168.3.11 lancée depuis la machine d’adresse 192.168.0.10 ?

15. Combien de sauts retourne la commande traceroute 192.168.0.10 lancée depuis la machine d’adresse 192.168.3.11 ? Expliquer l’origine de la différence.

16. Compléter la table de routage du routeur R3 de façon à ce que n’importe quel ordinateur puisse communiquer avec n’importe quel autre ordinateur. Ajouter aussi la passerelle par défaut, R4

17. On donne ci-dessous la table de routage de base du routeur R1. Cette table doit-elle être complétée de façon à ce que tous les ordinateurs puissent communiquer avec tous les ordinateurs sur le réseau ?

Types de routage

Si le réseau n’est pas trop étendu, il est possible de créer manuellement les tables de routage de chaque routeur (routage statique). Cependant, cette méthode n’est pas applicable sur des grands réseaux : les routeurs doivent alors mettre en œuvre des protocoles leurs permettant de construire et de partager automatiquement les tables de routage ; on parle de routage dynamique.

Intérêt d’un routage automatique

On laisse donc les routeurs mettre eux-mêmes à jour leur table de routage grâce à la mise en œuvre de protocoles de routage.

Routing Information Protocol (RIP) : algorithme à vecteur de distances

• RIP est historiquement le premier algorithme de routage.

Algorithme général de RIP

• Lors de l’initialisation du routeur, celui-ci détermine l’adresse réseau de ses interfaces puis envoie sur chacune une demande d’informations (table RIP complète) aux routeurs voisins.

• Lors de la réception d’une demande, un routeur envoie sa table complète ou partielle suivant la nature de cette demande.

• Lors de la réception d’une réponse, il met à jour sa table si besoin. Trois cas peuvent se présenter :

  • pour une nouvelle route, il incrémente la distance, vérifie que celle-ci est strictement inférieure à 15 et diffuse immédiatement le vecteur de distance correspondant ;
  • pour une route existante, mais avec une distance plus faible, la table est mise à jour. La nouvelle distance et, éventuellement, l’adresse du routeur si elle diffère sont intégrées à la table ;
  • pour une route existante, mais avec une distance plus importante, la table est mise à jour si la nouvelle distance est émise par le même routeur voisin que précédemment.

Bien sûr, si l’appareil reçoit une route dont la distance est supérieure à celle déjà connue d’un autre voisin, RIP l’ignore.

• À intervalles réguliers (toutes les 30 secondes), la table RIP est diffusée qu’il y ait ou non des modifications.

• Des routes doivent être retirées de la table gérée par RIP dans deux situations :

  • en premier lieu, si un réseau immédiatement connecté devient inaccessible (panne de l’interface, de la ligne, modification de la topologie par l’administrateur, etc.), les routeurs RIP reliés à ce réseau affectent dans leur table une distance « infinie » (16 comme indiqué plus haut) à cette route. Elle est conservée pendant la durée d’un temporisateur de « maintien » (garbage collect) de 120 secondes puis est supprimée. Immédiatement après, le vecteur avec une distance « infinie » est diffusé. Un routeur qui reçoit un vecteur avec une distance de 16 comprend : « il faut que tu retires cette route de ta table, car elle est devenue invalide ! » De proche en proche, cette information se propage ;
  • en second lieu, un routeur du réseau tombe en panne. Cela veut peut-être dire que les réseaux situés derrière cet appareil sont devenus inaccessibles. Mais comment savoir si un routeur est en panne ? RIP considère qu’un routeur qui n’a pas donné de nouvelles depuis trois minutes est hors service. Pour gérer cette situation, il attribue à toutes les routes dynamiques un temporisateur initialisé à 180 secondes par défaut. À chaque réception d’un vecteur de distance déjà présent dans la table, le compteur est réinitialisé. Mais si jamais ce compteur atteint zéro, la route est considérée comme invalide. On se retrouve alors dans la situation précédente (distance infinie, temporisateur de maintien, diffusion de l’information puis suppression de la route). Maintenant, si un autre routeur connaît une route menant vers un des réseaux que l’on vient de retirer, c’est parfait ! Notre routeur intègrera cette nouvelle route dans sa table. De cette façon, RIP permet la tolérance aux pannes.

Remarque

Les situations où les routes doivent être choisies en fonction de paramètres mesurés en temps réel comme un délai, une fiabilité ou une charge, se prêtent donc mal à ce type de traitement.

Remarque

Pour déterminer quelle est la meilleure route, le protocole RIP s’appuie sur l’algorithme de Bellman et Ford qui sera étudié un peu plus tard dans l’année.

1. Pour chaque sous-réseau situé entre deux routeurs, donner la première adresse utilisable pour adresser une machine et la dernière.

2. Attribuer aux différentes interfaces des routeurs des adresses.

3. Donner la table de routage du routeur $R_1$ à son initialisation. Ajouter une colonne distance.

Destination	Masque	Passerelle	Interface	Distance

Remarque : Pour simplifier la lecture, ne rien écrire dans la colonne Passerelle si celle-ci est le routeur lui-même. De plus, ne pas prendre en compte l’adresse de loopback et la route par défaut.

4. Même question pour le routeur $R_3$ et le routeur $R_2$.

5. Donner la table de routage du routeur $R_1$ si on imagine qu’il a d’abord échangé une demande RIP avec le routeur $R_3$.

6. Donner la table de routage du routeur $R_1$ si on imagine qu’il a ensuite échangé une demande RIP avec le routeur $R_2$.

7. Quelle est la table de routage finale pour le routeur $R_1$.

8. Quel chemin vont suivre les paquets entre PC1 et PC2 ?

Open Shortest Path First (OSPF) : algorithme à état de liaison

Remarque

L’algorithme utilisé par le protocole SPF est l’algorithme de Dijkstra (cet algorithme sera étudié un peu plus tard dans l’année) pour obtenir les routes les moins coûteuses et sans cycle. Chaque routeur devient alors la racine d’un arbre qui contient les meilleures routes.

Remarque

Pour obtenir la métrique d’une route, il suffit d’additionner les coûts de chaque liaison.

Exercice

Soit le réseau dont la topologie est la suivante :

Les adresses IP des routeurs sont les suivantes :

• $A$ :
  • eth0 : 172.18.255.254
  • eth1 : 192.168.1.1
  • eth2 : 192.168.2.1
• $B$ :
  • eth0 : 192.168.1.2
  • eth1 : 192.168.3.1
  • eth2 : 172.16.255.254
• $C$ :
  • eth0 : 192.168.2.2
  • eth1 : 192.168.3.2
  • eth2 : 172.17.255.254

1. Établir la table de routage du routeur $A$ si on suppose que le protocole RIP est utilisé.
   Utiliser le nom des interfaces (eth0, eth1, eth2) à la place des adresses IP dans la table de routage.

2. Quel est, d’après la table de routage ci-dessus, le chemin qui sera emprunté par un paquet pour aller d’une machine ayant pour adresse IP 172.18.1.1/16 à une machine ayant pour adresse IP 172.16.5.3/16 ?

3. Établir la table de routage du routeur $A$ si on suppose que le protocole OSPF est utilisé.
   On donne les débits suivants :
   • Liaison routeur $A$ - routeur $B$ : 1 Mbps ;
   • Liaison routeur $A$ - routeur $C$ : 10 Mbps ;
   • Liaison routeur $C$ - routeur $B$ : 10 Mbps ;
   • Liaisons routeurs - switch : 10 Mbps.

4. Quel est, d’après la table de routage ci-dessus, le chemin qui sera emprunté par un paquet pour aller d’une machine ayant pour adresse IP 172.18.1.1/16 à une machine ayant pour adresse IP 172.16.5.3/16 ?

Suggestions de lecture :

• Simulation de réseaux
• Analyse du protocole de transport TCP
• Modélisation des réseaux